Quimica dos Materiais

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Quim. Nova, Vol. 30, No. 6, 1469-1479, 2007
*e-mail: aldo@quimica.ufpr.br
QUÍMICA DE (NANO)MATERIAIS
Aldo J. G . Zarbin
Departamento de Química, Universidade Federal do Paraná, CP 19081, 81531-990 Curitiba - PR, Brasil
(NANO)MATERIALS CHEMISTRY. An overview of different aspects related to Materials and Nanomaterials Chemistry is presented
and discussed. The insertion of this field in Brazil is evaluated on the basis of the communications presented on the 30th Annual Meeting
of the Brazilian Chemical Society (SBQ). The importance of the Materials Chemistry Division of SBQ for the growth and consolidation
of Materials Chemistry in Brazil is also discussed.
Keywords: materials chemistry; nanomaterials; Brazilian Chemical Society.
INTRODUÇÃO
Toda matéria é um material em potencial. A linha divisória para
que algo possa ser tratado como um material corresponde ao mo-
mento em que alguma de suas propriedades (óticas, magnéticas,
mecânicas, catalíticas, elétricas etc.) lhe confira uma função espe-
cífica. Materiais podem ser definidos como “substâncias (ou mistu-
ra de substâncias) que possuem propriedades que as tornam úteis
em produtos, dispositivos, estruturas e máquinas”1. Nota-se que esta
definição faz uma clara conexão entre materiais e utilidades.
A importância dos materiais na vida humana é tão significativa,
que as diferentes eras do início da civilização foram definidas de
acordo com a relação (e o domínio) do homem com os materiais:
idade da pedra, do bronze, do ferro. A utilização de materiais para
proteção, alimentação, vestimenta, moradia etc não só distingue a
raça humana dos outros animais, como também garantiu (e garan-
te) sua sobrevivência e ascendência sobre outras espécies. Nos dias
de hoje, a utilização de diferentes materiais em absolutamente to-
das as atividades humanas é tão disseminada e abrangente que pas-
sa quase que desapercebida. Atividades simples e cotidianas, como
acender uma lâmpada, ouvir um CD ou dirigir um automóvel, en-
volvem a utilização de um grande número de diferentes materiais,
com as mais diversificadas propriedades. A utilização, o domínio, o
desenvolvimento e a exploração de diferentes materiais têm uma
profunda influência no desenvolvimento social e estão intimamen-
te relacionadas a aspectos socioeconômicos, culturais, geográficos,
demográficos, ambientais, dentre outros.
A relação entre “Química” e “materiais” é direta e inequívoca.
A integração entre a perspectiva macroscópica que caracteriza os
materiais (propriedades úteis para determinada função), com o
enfoque atômico/molecular característico da Química (preparação,
compreensão e estudo de reatividade de sólidos e moléculas) é im-
prescindível para o conhecimento e controle das conexões existen-
tes entre estrutura, propriedades e funções de diferentes materiais.
As relações entre aplicação, estrutura, propriedades e preparação
estão esquematicamente ilustradas na Figura 1. Resumidamente,
se estamos procurando um material para uma aplicação específica,
deve-se compreender qual é a propriedade que o material deve pos-
suir para que seja usado naquela aplicação. A partir disto, infere-se
qual é a composição química e qual a estrutura do material capaz
de fornecer a propriedade desejada e, finalmente, investiga-se qual
a rota de preparação (síntese) capaz de produzir exatamente aquele
material (com estrutura e composição química desejadas).
Dentre todos os ramos do conhecimento diretamente relaciona-
dos com materiais (Química, Física, Engenharias, Metalurgia, Geo-
logia, Biologia, entre outros), a Química ocupa uma das posições
mais importantes, localizando-se no centro da pirâmide esquematizada
na Figura 1 e atuando como um ponto de confluência de cada um dos
seus vértices. Nos últimos 20-25 anos, a chamada “Química de Mate-
riais” saiu de uma situação periférica para se tornar um ramo emer-
gente, com identidade própria e um ritmo de crescimento acelerado.
A “Química de Materiais” pode ser definida como um ramo da Quí-
mica que se dedica à síntese (preparação), caracterização, compreen-
são de propriedades e estudo de aplicações de compostos que possu-
em alguma função (ou que têm função em potencial). O foco deste
ramo do conhecimento está centrado na utilização da Química, em
toda a sua potencialidade, para criar, compreender e desenvolver com-
postos ou sistemas que podem levar ao desenvolvimento de novas
oportunidades tecnológicas ou melhorias significativas em tecnologias
já existentes.
A sistemática relacionada à Química de Materiais envolve qua-
tro componentes essenciais: (I) síntese/preparação - que se caracte-
riza pela compreensão das reações químicas e metodologias que
levam à produção de determinados materiais, estudo de diferentes
reagentes e precursores, desenvolvimento de novas rotas de prepa-
ração e modificação e aprimoramento de rotas já existentes,
otimização e planejamento de processos que levem à produção de
diferentes materiais. Um controle sintético permite a obtenção de
materiais com diferentes graus de pureza, cristalinidades e estrutu-
ras cristalinas, tamanhos de partículas, reatividades superficiais,
além da produção de novos materiais, com composições e estrutu-
ras inéditas; (II) caracterização - que lança mão da utilização de
Figura 1. Relação entre aplicação, estrutura, propriedade e preparação de
materiais
Zarbin1470 Quim. Nova
técnicas químicas e físicas para compreensão de diferentes aspec-
tos relacionados à composição (relação estequiométrica, presença
de defeitos, estados de oxidação etc) e estrutura (amorfo ou crista-
lino, fase cristalina, ligações químicas etc) de materiais, além de
interações específicas entre fases (para materiais multifásicos), ta-
manhos e formas de partículas etc; (III) estudo de propriedades e
relação estrutura-propriedade - que visa a determinação das dife-
rentes propriedades dos materiais (elétricas, óticas, magnéticas,
catalíticas, mecânicas etc.), o mecanismo pelo qual estas proprie-
dades se manifestam, e as relações existentes entre uma proprieda-
de específica e a estrutura/composição do material; (IV) aplicações
- que aproveita uma propriedade específica de um material para sua
utilização como componente ativo em dispositivos, máquinas, sis-
temas etc. A combinação destas quatro linhas de trabalho leva a
respostas para as questões básicas relacionadas a qualquer materi-
al: como são preparados? Como estão estruturados? Como se com-
portam? Qual sua utilidade? Onde podem ser empregados?
A relação íntima entre a Química e os materiais é muito mais
antiga que a própria Química (enquanto um ramo independente da
ciência). A descoberta de que metais poderiam ser produzidos a
partir de rochas minerais, os primeiros relatos de preparação de
vidros e a obtenção de papel a partir da madeira são alguns dos
muitos exemplos desta constatação. Entretanto, apesar desta rela-
ção antiga, a existência e o reconhecimento da “Química de Mate-
riais” como uma subdivisão da Química é relativamente recente.
Durante muito tempo, as chamadas “Ciências dos Materiais” con-
centravam-se fundamentalmente nos aspectos macroscópicos dos
materiais (propriedades), ficando predominantemente restritas aos
diferentes ramos das Engenharias. O crescente aparecimento de
materiais novos e sofisticados, com propriedades cada vez mais
surpreendentes, aliado ao desenvolvimento de novas técnicas de
análise e caracterização (espectroscopias, microscopias etc.), acar-
retou em uma aproximação cada vez maior entre a Química e as
Ciências dos Materiais. A identidade da Química de Materiais esta-
beleceu-se permanentemente entre os anos de 1980-1990, e teve o
seu ápice quando as duas sociedades científicas de Química mais
tradicionais do mundo, a americana “American Chemical Society
(ACS)” e a inglesa “Royal Society of Chemistry (RSC)”, lançaram
periódicos específicos nesta área, respectivamente, o “Chemistry of
Materials”e o “Journal of Materials Chemistry”. A capa frontal do
primeiro número do Journal of Materials Chemistry apresentava o
seguinte texto: “uma revista interdisciplinar relacionada à síntese,
estrutura, propriedades e aplicações de materiais, particularmente
aqueles associados com tecnologia avançada”2. A ocorrência destas
iniciativas fez com que químicos que trabalhavam com os diferen-
tes aspectos relacionados a materiais, e que estavam dispersos em
outras subdivisões da Química, pudessem encontrar sua comunida-
de e começar a uniformizar sua linguagem.
A relevância da Química de Materiais nos dias atuais é
inconteste. Os dois periódicos citados anteriormente possuem altos
índices de impacto, publicam artigos de alta relevância provenien-
tes de grupos de pesquisa dispersos por todos os continentes e fa-
zem parte das publicações mais importantes das respectivas socie-
dades; os principais periódicos específicos de Química Inorgânica e
Físico-Química têm seções totalmente voltadas para a Química de
Materiais; novos periódicos foram lançados em praticamente todas
as editoras científicas, direcionados direta ou indiretamente à Quí-
mica de Materiais; a divisão de Físico-Química da ACS criou, em
2007, o Journal of Physical Chemistry C, (nanomaterials and
interfaces), totalmente dedicado à síntese e caracterização de
nanomateriais e nanoestruturas; cursos de Química de Materiais
são oferecidos em praticamente todos os institutos e departamentos
de Química de grandes universidades, em nível de graduação e pós-
graduação; em abril de 2006 a RSC promoveu o workshop “Defining
Materials Chemistry”3, com os objetivos de promover definições e
discussões relacionadas a este tópico, justificado pela rapidez com
que a disciplina cresceu nos últimos 15 anos e pela constatação de
que uma parcela significativa de todas as publicações em Química
tem sido considerada como pertencente à área; em 2005, a IUPAC
criou uma força-tarefa de 2 anos, visando definições em Química
de Materiais. O objetivo deste projeto é “produzir uma definição de
como a Química de Materiais pode ser enquadrada dentro da estru-
tura organizacional geral da IUPAC”4, justificada pelo crescimento
vigoroso da área e pela necessidade de se estabelecer critérios e
definições.
A Química de Materiais é uma área claramente inter- e
multidisciplinar, que integra conhecimentos e habilidades das qua-
tro divisões clássicas da Química e cruza as fronteiras entre a Quí-
mica e a Física, a Química e a Biologia, a Química e as Engenhari-
as. Algumas de suas especificidades, alguns exemplos, o contexto
onde está inserida no Brasil e a contribuição da Sociedade Brasilei-
ra de Química (SBQ) em seu desenvolvimento serão tópicos abor-
dados a seguir.
QUÍMICA DE MATERIAIS E A QUÍMICA DOS MATERIAIS
Do ponto de vista da Engenharia e das Ciências dos Materiais,
pode-se classificar os materiais em cinco diferentes categorias, de
acordo com algumas de suas estruturas ou propriedades mais caracte-
rísticas: metais, polímeros, cerâmicas, semicondutores e compósitos5.
Materiais metálicos são constituídos de elementos metálicos
(puros ou em combinação, originando as chamadas ligas metáli-
cas), como ferro, cobre, aço, bronze etc. Possuem elétrons
deslocalizados em sua estrutura e caracterizam-se pela alta
condutividade elétrica e térmica, brilho, maleabilidade, ductibilidade
e resistência mecânica. São classicamente utilizados como fios con-
dutores (cobre), materiais para sustentação na construção civil (aço),
na indústria automobilística, em utensílios domésticos etc.
Polímeros são compostos macromoleculares, de origem natural
ou sintética, formados pela repetição de um grande número de uni-
dades químicas estruturais (meros). Podem ser inorgânicos ou or-
gânicos, embora estes últimos predominem em termos de aplica-
ções comerciais. Plásticos, borrachas, celulose, diferentes classes
de silicones e vários tipos de adesivos fazem parte dos materiais
poliméricos. Normalmente estes materiais apresentam baixas
condutividades elétrica e térmica, têm baixa resistência mecânica e
não podem ser utilizados para aplicações que requeiram altas tem-
peraturas. Trata-se de uma das classes de materiais mais utilizadas
em aplicações diversas, como embalagens, adesivos, componentes
de automóveis, em circuitos integrados, fibras para vestimentas etc.
Cerâmicas são compostos fundamentalmente inorgânicos, como
óxidos, sulfetos, nitretos, carbetos, silicatos, carbonatos. São geral-
mente isolantes térmicos e elétricos, apresentam altas resistências
térmica e química, alta dureza, mas são materiais quebradiços. Os
vidros fazem parte deste grupo de materiais. As cerâmicas são utili-
zadas como materiais refratários, em embalagens e janelas de vi-
dros, fibras óticas etc.
Semicondutores apresentam condutividade elétrica intermediá-
ria entre os metais e os isolantes, e mecanismo de condução diferen-
ciado dos metais. Exemplos de semicondutores são silício, germânio,
CdS, GaAs etc. São materiais essenciais em aplicações eletrônicas,
em computadores e tecnologia de comunicação, responsáveis pelo
advento dos transistores, diodos e circuitos integrados, que revoluci-
onaram a indústria eletrônica a partir da década de 60.
Compósitos são materiais formados pela combinação de dois
ou mais diferentes materiais, produzindo propriedades únicas e
Química de (nano)materiais 1471Vol. 30, No. 6
sinergísticas, diferentes daquelas de seus componentes individu-
ais. Concreto, madeira, tintas e fibras de vidro são exemplos de
materiais compósitos.
Apesar das definições sumarizadas anteriormente serem am-
plamente utilizadas por vários cientistas de materiais (incluindo
químicos), elas falham em uma série de situações, principalmente
quando se tratam de materiais novos e avançados. Um exemplo
notável refere-se aos chamados polímeros condutores, uma classe
de polímeros orgânicos que apresentam condutividade elétrica com-
parável à dos semicondutores ou mesmo à de alguns metais. Estes
materiais, de elevada relevância científica e tecnológica (a desco-
berta desta classe de polímeros, em 1977, acarretou aos cientistas
responsáveis o Prêmio Nobel de Química de 2000), pertencem tan-
to à classe dos materiais poliméricos quanto à dos semicondutores,
sendo conhecidos como semicondutores orgânicos. Vários outros
exemplos de materiais cujas classificações não são perfeitamente
compatíveis a uma das categorias classicamente utilizadas podem
ser encontrados, e o advento dos nanomateriais e dos materiais
nanoestruturados (que serão discutidos a posteriori) contribuiu bas-
tante para esta realidade. Alguns pesquisadores têm adotado uma
classificação um pouco diferenciada para os materiais, que seriam
divididos nas seguintes categorias6: metais e ligas metálicas, mate-
riais inorgânicos; materiais orgânicos; materiais biológicos;
compósitos. Esta última classificação parece mais abrangente e ca-
paz de contemplar, de forma mais contundente, um número mais
elevado de diferentes materiais.
Dada sua heterogeneidade e complexidade, a Química de Mate-
riais engloba uma formação multidisciplinar e o conhecimento de
diferentes tópicos, como alguns dos listados a seguir: i) natureza da
ligação química e de forças intermoleculares; ii) química do estado
sólido, cristalografia, estrutura de sólidos cristalinos e amorfos, de-
feitos, não-estequiometria, transições de fase, diagramas de fase; iii)
termodinâmica; iv) cinética; v) teoria de bandas, estrutura eletrônica
de sólidos, condutividade (eletrônica e iônica) em sólidos; vi) síntese
de materiais: métodos de preparação de materiais inorgânicos; vii)
síntese, caracterização, propriedades e processamento de polímeros,
monômeros e precursores (orgânicos e inorgânicos, como compostos
organometálicos e metalorgânicos, por exemplo); viii) química
coloidal, estabilidade coloidal, química de superfícies, interações
superficiais, tensãosuperficial, adesão; ix) magnetismo; x)
espectroscopia; xi) eletroquímica, xi) interações radiação/matéria e
fundamentos de técnicas de caracterização (microscopia eletrônica,
técnicas de difração, técnicas espectroscópicas, técnicas eletroquimicas
etc.); xii) tensão, fratura de sólidos, fadiga, dureza; xiii) nanociência
e nanotecnologia - síntese e caracterização de nanomateriais,
nanopartículas, nanocompósitos, compreensão de efeitos quânticos
de tamanho; síntese com controle de tamanho e forma; xiv) “design”
de dispositivos e sistemas, reciclagem.
Até muito recentemente, não se encontrava a possibilidade de
uma formação onde todos estes tópicos (e vários outros, de relevân-
cia tão significativa) eram direcionados para um objetivo comum. Os
currículos clássicos dos cursos de Química, tanto na graduação quan-
to na pós-graduação, posicionam cada um destes tópicos dispersos
nas quatro grandes áreas da Química (Química Orgânica, Química
Inorgânica, Química Analítica e Físico-Química), sendo que alguns
deles (nanociência e nanotecnologia, por exemplo) ainda não são tra-
tados em cursos universitários de muitas instituições. O advento de
vários cursos de pós-graduação contendo a Química de Materiais como
linha de pesquisa contribuiu para uma redução deste efeito. Alguns
avanços na melhoria da formação de químicos com um maior conhe-
cimento na área de Química de Materiais, também no nível da gradu-
ação, vêm sendo detectados através da introdução de algumas disci-
plinas específicas para este perfil. Chamam a atenção esforços dife-
renciados, como o recentemente desenvolvido pela Universidade da
Califórnia, que criou um programa interdisciplinar de 2 anos, chama-
do de “Materials Creation Training Program”, visando uma forma-
ção suplementar (e em paralelo) para estudantes regulares de gradu-
ação (das áreas de química, física e engenharia), totalmente voltado
para a formação de cientistas de materiais, onde vários dos tópicos
listados anteriormente, juntamente com conceitos de Física e Enge-
nharia de Materiais, são trabalhados em conjunto7.
O advento da Química de Materiais (assim como da nanociência
e nanotecnologia e de outros ramos da Química, Física e Biologia)
constitui-se em um dos muitos avanços no sentido de desmoronar
dois grandes entraves no desenvolvimento da formação e do conheci-
mento científico e tecnológico: a fragmentação e compartimentalização
do conhecimento em áreas, subáreas e disciplinas, que trabalham de
forma estanque e isolada, restringindo uma visão global e tornando
interfaces entre áreas de conhecimento pouco (ou nada) exploradas,
e a separação absolutamente artificial e arcaica entre ciência básica
e ciência aplicada. Com relação a este último ponto, temos no Brasil
um exemplo recente e admirável, representado pelo lançamento mun-
dial, pelo grupo Bunge, do pigmento Biphor (constituído de
nanopartículas ocas de fosfato de alumínio, que substitui o TiO2 clas-
sicamente utilizado como pigmento branco), que foi totalmente de-
senvolvido no laboratório do Prof. Fernando Galembeck, na Unicamp8.
Este produto é resultante de um trabalho que se iniciou como pesqui-
sa acadêmica e tem um mercado total estimado de US$ 5 bilhões por
ano9. A empresa fabricante, que investiu cerca de R$ 1 milhão duran-
te os nove anos de desenvolvimento do produto com a Unicamp, pre-
vê alcançar participação de 10% no mercado em 4 anos9.
Com a Química de Materiais, o químico trouxe novas ferra-
mentas para sua bancada de trabalho (tradicionalmente ocupada por
atividades sintéticas): caracterizações estruturais e morfológicas,
medidas de propriedades físicas e estudos de aplicações de materi-
ais. Entretanto, deve-se deixar claro que o grande diferencial do
Químico de Materiais, em relação a qualquer outro cientista de
materiais, é exatamente o que diferencia a Química de todas as
outras áreas do conhecimento: a capacidade de manipular e trans-
formar a matéria (ou seja, síntese), com reprodutibilidade e contro-
le de rendimento e pureza (e no caso específico de sólidos, com
controle de tamanho e forma de partículas e, ainda, homogeneidade
estrutural). Um controle nas propriedades requer um fino controle
em todas as variáveis de síntese. A aplicabilidade de um material
só pode ser imaginável quando sua produção pode ser realizada de
forma reprodutível. E nestas habilidades, o químico é insubstituível!
A sistemática de trabalho do Químico de Materiais, no que diz
respeito somente à síntese, envolve um amplo espectro de possibi-
lidade: busca pela síntese de um novo material, ou seja, de um ma-
terial que realmente ainda não existe, com composição e/ou es-
trutura inédita, ou ainda compósitos inéditos, formados por combi-
nações binárias, ternárias etc de materiais, como por exemplo os
vários novos (nano)compósitos formados entre diferentes polímeros
e nanotubos de carbono10; desenvolvimento de novas rotas de sínte-
se para materiais “tradicionais”, com vantagens sobre as rotas tra-
dicionalmente utilizadas, visando, por exemplo, baratear custos, au-
mentar a pureza e homogeneidade do material sintetizado, aumen-
tar a segurança do processo, aumentar a escala de produção, tornar
a síntese ambientalmente amigável etc. O processo sol-gel11, que
permitiu a síntese de vidros e cerâmicas a partir de precursores
moleculares com alta pureza, baixo gasto energético e possibilida-
de de modificações químicas ou estruturais inimagináveis quando
da utilização dos métodos clássicos de formação destes materiais
(fusão e resfriamento de óxidos ou reações no estado sólido), é um
bom exemplo desta vertente; desenvolvimento de rotas de síntese
para materiais com controle de tamanho e forma de partículas, como
Zarbin1472 Quim. Nova
os diferentes aspectos relacionados à nanoquímica, que serão dis-
cutidos a seguir; síntese de novos precursores para materiais, como
por exemplo novos alcóxidos para serem utilizados como precurso-
res no processo sol-gel12; síntese de materiais na forma de filmes,
fibras, monólitos, para aplicações específicas; síntese in situ de
materiais diretamente sobre sistemas, para fabricação de dispositi-
vos; síntese de materiais usando matéria-prima renovável, ou mo-
dificações em rejeitos visando aplicações específicas; reciclagem
de materiais; modificações estruturais em materiais, como reações
de intercalação e de troca-iônica; reações de modificação de super-
fícies de materiais; síntese de materiais visando a substituição, em
aplicações diversas, de materiais correntemente em uso etc.
Outra peculiaridade inerente à sistemática de trabalho do Quí-
mico de Materiais é a utilização de grandes e médios equipamen-
tos, para a caracterização adequada dos materiais preparados. Téc-
nicas espectroscópicas (infravermelho, Raman, UV-Vis, NMR, RPE,
Mössbauer, luminescência, EELS etc), técnicas de difração (raios
X, elétrons, nêutrons etc), técnicas térmicas (TGA, DSC, DTA etc),
técnicas de superfície (XPS, ESCA, Auger, BET, porosimetria etc.),
técnicas de microscopia eletrônica (MET, MEV), técnicas de
microscopia de sonda (AFM, SPM etc.), técnicas envolvendo radi-
ação síncrotron (EXAFS, XANES, difração, SAXS etc.), técnicas
envolvendo espalhamento de luz (DLS etc), técnicas eletroquímicas
(voltametria cíclica, impedância etc.), técnicas envolvendo medi-
das elétricas (quatro pontas etc), dentre muitas outras, fazem parte
da caixa de ferramentas do químico de materiais (juntamente com o
arsenal de possibilidades relacionadas à síntese, descritas no pará-
grafo anterior). Um entendimento aprofundado das técnicas de ca-
racterização (no que diz respeito aos conceitos físico-químicos e
teóricos envolvidos, à forma de coleta dos dados e à correta inter-
pretação dos mesmos), o discernimento sobre qual técnica utilizar
para resolver qual tipo de problema, a correlação entre os resulta-
dos obtidos por cada técnica e as singularidades do material em
estudo e, fundamentalmente,um amplo conhecimento da
complementaridade existente entre cada técnica são características
esperadas de um bom Químico de Materiais.
Um aspecto importante que merece ser considerado é a defini-
ção do que é um material “novo” e o que é um material “tradicio-
nal”. Logicamente que qualquer material de criação recente, e que
não existia há algum tempo, é um novo material. Entretanto, outro
tipo de enfoque deve ser também considerado para a diferenciação
entre materiais novos e tradicionais13: a taxa de mudança e de in-
corporação de inovações associada ao material em questão. O novo
é aquele que permitiu inovações em altas taxas. Desta forma, a
descoberta de novas propriedades (ou novas aplicações) para um
material conhecido há milênios faz deste um novo material. Por
exemplo, óxido de ferro é um material antigo (em termos cronoló-
gicos), mas cada vez mais novo, dada a grande quantidade de novas
propriedades, novas aplicações e novas utilizações que corrente-
mente são descritas para este material (ou em outras palavras, dada
a alta taxa de inovação associada).
Nos últimos anos, nenhuma classe de materiais tem despertado
tanto interesse quanto os materiais obtidos em escala nanométrica
de tamanho - os nanomateriais.
NANOMATERIAIS
O estudo de materiais cujos tamanhos das partículas que os consti-
tuem encontram-se na faixa dos nanômetros (chamados de
nanomateriais) ganhou importância significativa no final do século XX,
levando ao aparecimento e consolidação de toda uma área do conheci-
mento, hoje reconhecida como “Nanociência e Nanotecnologia”. De
fato, nos primeiros anos do século XXI é raro encontrar pessoas que de
alguma forma nunca tenham se deparado com estes termos. A área da
Nanociência e Nanotecnologia extrapolou os limites da academia e da
indústria e, rapidamente, atingiu o público em geral, trazendo consigo
promessas de uma verdadeira revolução de costumes, alimentando a
imaginação da indústria da ficção científica.
De maneira direta, podemos apoiar a Nanociência e Nano-
tecnologia sobre um grande alicerce: o fato de que as propriedades
dos materiais, da maneira pela qual as conhecemos, são forte-
mente dependentes do tamanho das partículas deste material. Em
outras palavras, todas as propriedades dos materiais (óticas, elétri-
cas, magnéticas, de transporte, catalíticas etc), da forma pela qual
as conhecemos, manifestam-se a partir de um determinado tama-
nho, chamado de crítico. Quando as partículas deste material estão
abaixo deste tamanho crítico, esta propriedade se torna diferencia-
da. Para um mesmo material, freqüentemente o tamanho crítico é
diferente para cada uma das suas propriedades (por exemplo, o ta-
manho crítico para propriedades óticas de um determinado
nanomaterial pode ser 20 nm, enquanto que para as propriedades
magnéticas pode ser 80 nm). Para uma mesma propriedade, o tama-
nho crítico é diferente para diferentes materiais. Além disso, quan-
do abaixo do tamanho crítico, as propriedades do material depen-
dem também da forma das partículas, ou seja, nanopartículas esfé-
ricas com diâmetro de 5 nm têm propriedades diferentes daquelas
encontradas para o mesmo material, mas com nanopartículas na
forma de bastão com 5 nm de comprimento.
Estas considerações nos transportam para uma realidade extre-
mamente excitante: novos materiais, com novas propriedades e pos-
sibilidades de utilização, podem ser preparados através do controle
do tamanho e da forma das partículas de materiais já conhecidos.
Este efeito de tamanho é característico da matéria e se manifesta
devido a vários motivos, cujos detalhamentos não fazem parte dos
objetivos deste texto. A alta razão superfície/volume e o fato de que
os portadores de carga, em nanomateriais, ficam confinados nas di-
mensões reduzidas das partículas, são alguns dos fatores que con-
tribuem para esta realidade. Desta forma, todas as classes de mate-
riais (metais, semicondutores, cerâmicas, polímeros, compósitos)
podem ter suas propriedades moduladas sem que se altere sua com-
posição química e/ou estrutura tridimensional, mas única e tão so-
mente pelo controle do tamanho e formato de suas partículas. A
Nanociência e Nanotecnologia levou a uma grande mudança de
paradigma nas ciências dos materiais: um dos vértices da pirâmide
representada na Figura 1 foi modificado. Para se obter a proprieda-
de desejada deve-se procurar não só a composição química e a es-
trutura do material (como representado na Figura 1), como também
o tamanho e o formato de suas partículas.
Desta forma, podemos definir nanomateriais como sendo mate-
riais que possuem ao menos uma dimensão na faixa de tamanho
nanométrica, abaixo do tamanho crítico capaz de alterar alguma
de suas propriedades. Em muitos dos textos recentes sobre
Nanociência e Nanotecnologia costuma-se arbitrar valores frontei-
riços para as dimensões de um nanomaterial, por exemplo, até 100
nm. Este procedimento é absolutamente equivocado. Só existe um
nanomaterial se existir uma propriedade que se manifesta exclusi-
vamente devido ao tamanho reduzido, e esta propriedade é diferen-
te do material massivo. Da mesma forma, não basta um material ter
dimensões nanoméricas para ser considerado um nanomaterial. Por
exemplo, se temos um composto contendo partículas esféricas de
200 nm, mas todas as propriedades deste composto têm tamanhos
críticos inferiores a 150 nm (portanto este material está acima do
tamanho crítico de todas as suas propriedades), este não é conside-
rado um nanomaterial, apesar de ter partículas em dimensões
nanométricas. Da mesma forma, a Química de nanomateriais
corresponde à extrapolação daquilo que se entende por Química de
Química de (nano)materiais 1473Vol. 30, No. 6
Materiais, mas com o enfoque único e tão somente voltado para os
nanomateriais. O termo “nanoquímica” foi cunhado com sucesso,
para definir a utilização de todo o conhecimento, prática e ferra-
mentas da Química para preparar, caracterizar, estudar proprieda-
des e aplicações de nanomateriais em diferentes tamanhos, formas,
composições, estruturas, cargas e funcionalidades, com rigoroso
controle de cada um destes parâmetros.
Nanopartículas são termodinamicamente instáveis e têm a ten-
dência natural de se agregarem e crescerem. Desta forma, o grande
desafio do Químico de Materiais consiste exatamente em preparar
nanomateriais estáveis (ou seja, que permaneçam nesta escala de
tamanho sem sofrer decomposição e sem agregação e crescimento)
e monodispersos, tanto com relação ao tamanho quanto com rela-
ção à forma de suas partículas, que possam ser manipulados,
dispersos, depositados sobre substratos, sem perder suas caracte-
rísticas. Este é um campo extraordinariamente fértil, onde a
criatividade do Químico de Materiais, e do químico sintético de
maneira geral, é o grande diferencial. Novas rotas de síntese para
os mais diferentes nanomateriais (e o preparo de diferentes
nanomateriais através de adaptações em rotas já conhecidas) são
descritas a todo o momento na literatura, juntamente com a desco-
berta de novas propriedades e novas possibilidades de aplicação.
O controle rigoroso sobre os processos de síntese de
nanomateriais, levando à produção reprodutível de amostras com
alto grau de homogeneidade, corresponde a um dos grandes fatores
responsáveis pelo crescimento vertiginoso da Nanociência e
Nanotecnologia. Sólidos com tamanhos de partículas nanométricas
são considerados como espécies intermediárias entre moléculas in-
dividuais e o sólido massivo (“bulk”), apresentando fenômenos e
propriedades diferenciadas e características deste estado “embrio-
nário”. A compreensão destes fenômenos, assim como a utilização
das diversas propriedades decorrentes dos mesmos, só é possível se
o material puder ser obtido de forma homogênea, controlada e
reprodutível, exatamente da forma pela qual o Químico de Materi-
ais vem trabalhando.
Um outro fator responsável pelocrescimento desta área é o gran-
de desenvolvimento das técnicas de caracterização, principalmente
as técnicas de microscopia. O surgimento de microscópicos com
resolução atômica, cada vez mais sensíveis e potentes, acoplados
aos mais criativos e surpreendentes acessórios, assim como a utili-
zação das outras técnicas de caracterização no limite das suas
potencialidades, permitiu o acesso ao mundo nanoscópico num grau
de detalhamento inimaginável há 30 ou 40 anos atrás.
Dentre os vários materiais que podem ser enquadrados na clas-
se dos nanomateriais, os nanotubos de carbono talvez sejam os mais
representativos. Nanotubos de carbono são materiais verdadeira-
mente novos, em qualquer um dos aspectos analisados: são novos
no que diz respeito à idade (foram descritos pela primeira vez em
199114, embora sua existência já tivesse sido detectada anterior-
mente15, sem o grau de detalhamento e importância do trabalho de
1991); são novos por apresentarem um conjunto de propriedades
novas (algumas até então desconhecidas), diferenciadas e singula-
res; são novos pelo aspecto da aplicação, pois podem ser utilizados
em um grande número de sistemas, desde sensores de gases até
reforço em polímeros (novas aplicações – reais ou em potencial –
para nanotubos de carbono têm sido constantemente relatadas na
literatura recente); são novos porque apresentam uma altíssima taxa
de inovação associada.
Um nanotubo de carbono (CNT) caracteriza-se pelo enrolamento
de uma ou várias folhas de grafeno de forma concêntrica, com diâ-
metro em dimensões nanométricas, com cavidade interna oca, con-
forme mostrado esquematicamente na Figura 2 (uma folha de grafeno
consiste em um arranjo bidimensional formado por hexágonos de
átomos de carbono sp2, cujo empilhamento origina a estrutura do
grafite). Os CNTs podem ser divididos em dois grupos: os CNTs de
camada única (“SWCNTs – “single-walled carbon nanotubes”), Fi-
gura 2a, e os CNTs de camadas múltiplas (“MWCNTs – multi-walled
carbon nanotubes”), Figura 2b17. Os MWCNTs são constituídos de
2 a 40 camadas de grafeno concêntricas, que se distanciam entre si
por 0,34 nm (de maneira análoga à separação existente entre os
planos (002) do grafite) e normalmente apresentam diâmetros de
10 a 50 nm com comprimentos maiores que 10 micrometros, sendo
que suas propriedades estão diretamente ligadas ao número de ca-
madas e ao seu diâmetro interno. Os SWCNTs são mais finos e
apresentam diâmetro variando entre 1 e 5 nm, sendo formados por
uma única folha de grafeno.
A simetria dos CNTs é dada pela maneira como a folha de grafeno
se enrola. Desta forma, os SWCNTs podem apresentar três diferen-
tes estruturas quirais: “armchair”, “zig-zag” e “chiral”16.
Nanotubos de carbono são considerados materiais estratégicos
e com um grande número de possibilidade de aplicações
tecnológicas, devido às suas propriedades bastante intrigantes. Além
de uma alta resistência química, resistência à oxidação e à tempe-
ratura e baixa densidade, os nanotubos de carbono apresentam pro-
priedades muito distantes das usuais: no que diz respeito ao trans-
porte elétrico, podem apresentar características metálicas,
semicondutoras ou até supercondutoras, de acordo com sua estrutu-
ra (SWCNT ou MWCNT), diâmetro e quiralidade; como a ligação
C-C em estruturas grafíticas é uma das mais fortes da natureza, os
CNTs representam uma das estruturas mais robustas conhecidas,
com altíssima resistência mecânica, flexibilidade e resistência à
ruptura quando dobrados ou torcidos17. Este conjunto fantástico de
propriedades, decorrentes fundamentalmente da escala de tamanho
destes materiais, faz com que nanotubos de carbono venham sendo
utilizados nas mais diversas aplicações (muitas delas com produtos
já disponíveis comercialmente), dentre as quais podemos citar al-
gumas: como emissores de elétrons para televisores; como sensores
de gases e sensores biológicos; em pontas de AFM; em compósitos
com polímeros, cerâmicas e metais (visando materiais com alta re-
sistência mecânica); em dispositivos eletrônicos; em diodos; em tran-
sistores; em baterias de íons lítio; em células a combustível; em
dispositivos fotovoltaicos; em memórias de computador; em lâmpa-
das; em supercapacitores; em dispositivos para armazenar hidrogê-
nio; em novos dispositivos para medicina etc.
Existem alguns métodos de preparação de CNTs. Dentre eles, o
método mais promissor é um método químico, chamado de decom-
posição catalítica de hidrocarbonetos16. O método consiste na pirólise
de um precursor de carbono (normalmente um hidrocarboneto como
metano, etileno, benzeno, xileno), em atmosfera inerte e condições
adequadas de temperatura, taxa de aquecimento e atmosfera. Além
disso, para a formação de CNTs é fundamental a presença de
catalisadores metálicos (como Fe, Co, Ni), cujas partículas atuam
como nucleantes16. Neste caso, as características do catalisador
metálico são diretamente responsáveis pela qualidade dos nanotubos
Figura 2. Representação esquemática da estrutura de nanotubos de carbono.
(a) nanotubo de parede simples, (b) nanotubo de parede múltipla
Zarbin1474 Quim. Nova
formados. Propriedades como diâmetro dos tubos, grau de pureza
e grafitização, tipo do nanotubo (SWCNT ou MWCNT), dentre
outras, são fortemente dependentes do tipo, qualidade e distribui-
ção das partículas do catalisador. Os diâmetros dos nanotubos, por
exemplo, serão aproximadamente os mesmos diâmetros das
nanopartículas utilizadas como catalisadores.
Apesar dos avanços observados nos últimos anos, a síntese de
nanotubos de carbono ainda é um campo a ser explorado, com gran-
des desafios a serem vencidos, no que diz respeito à obtenção de
amostras com alta pureza, com distribuição homogênea de diâme-
tros, contendo somente SWCNTs ou MWCNTs, com alto controle
da quiralidade (somente CNTs “armchair” ou somente “chiral”),
com alto grau de alinhamento dos nanotubos uns em relação aos
outros (fundamental para uma série de aplicações, dado ao caráter
anisotrópico destes materiais), com alto rendimento e taxa de pro-
dução elevada, e com baixo custo! O método de decomposição
catalítica de hidrocarbonetos vem sendo apontado como o único capaz
de atender a todas estas exigências e a Química de Materiais tem
papel crucial nesta direção.
Vários tipos de nanomateriais, como os nanotubos de carbono,
nanopartículas metálicas, nanopartículas de óxidos de metais de tran-
sição, nanoemulsões e os mais diferentes tipos de nanocompósitos,
já saíram dos laboratórios acadêmicos e podem ser encontrados como
componentes ativos em uma série de produtos atualmente no merca-
do. O mercado mundial para produtos à base de nanotecnologia, esti-
mado para o ano de 2010, é de 11 trilhões de dólares americanos18,
sendo que 340 bilhões correspondem somente a nanomateriais
(catalisadores para automóveis, materiais para gravação magnética e
componentes para protetores solares são os itens mais produzidos
atualmente18). O investimento governamental em pesquisa e desen-
volvimento para nanotecnologia (sendo que nanomateriais envolve a
maior fração dos recursos), somente no ano de 2005, foi de US$ 1,08
bilhões pelos Estados Unidos, US$ 1,05 bilhões pela comunidade
européia, US$ 950 milhões pelo Japão, e cerca de US$ 1 bilhão pelos
outros países do mundo19. Somente com os dados disponíveis (certa-
mente incompletos e bem inferiores aos reais), estima-se que neste
mesmo ano o investimento em pesquisa e desenvolvimento na área
de nanotecnologia feito por indústrias foi próximo de US$ 3,8 bi-
lhões, sendo 46% por empresas americanas, 36% por asiáticas, 17%
por européias e 1% por empresas dos outros paises do mundo19. A
indústria Química (incluindo petroquímica), as indústrias relaciona-
das a bens de consumo (incluindo indústria cosmética), a materiais
(incluindo metalúrgica), a semicondutores, a comunicações, a trans-
portes (incluindo aeronáutica e aeroespacial) e a indústriabiomédica/
farmacêutica correspondem à grande maioria destes investimentos19.
A estimativa é que os investimentos governamentais se mantenham
neste mesmo patamar anual até 2010, enquanto que os investimentos
privados devam duplicar até este mesmo ano21.
Dentre as grandes empresas que estão com investimento pesado
na área de nanomateriais, e que já têm produtos no mercado, desta-
cam-se algumas gigantes químicas, como Dow Chemical, BASF, 3M,
Dupont, Bayer, Merck, Bunge, dentre outras. No ano de 2002 a in-
dústria química norte americana criou um “workshop” permanente
intitulado “Chemical Industry Vision 2020”, com a participação de
mais de 150 empresas, em parceria com órgãos do governo e socieda-
des cientificas, como a ACS21. Os objetivos foram definir prioridades
em pesquisa e desenvolvimento de nanomateriais considerados es-
tratégicos para a indústria química e de materiais. Foram listadas 30
prioridades de ação em 9 categorias (conhecimento fundamental e
síntese; manufatura e processamento; técnicas de caracterização; si-
mulação e modelagem; meio ambiente, saúde e segurança; metrologia
e informática; transferência de tecnologia; educação; infra-estrutura
e recursos disponíveis), com perspectiva de investimentos a curto,
médio e longo prazos e recomendações específicas voltadas para um
único objetivo: acelerar a comercialização de novas tecnologias base-
adas em nanomateriais21. Em março de 2006 este mesmo consórcio
da indústria química americana, em parceria com o laboratório naci-
onal de Los Alamos e o Departamento de Energia do governo, publi-
cou um estudo intitulado “Estimativa de Economia de Energia e Im-
pactos Financeiros na Utilização de Nanomateriais em Aplicações
Selecionadas na Indústria Química”22. Este estudo estimou o impacto
de apenas três tipos de nanomateriais (catalisadores, filmes nano-
métricos para recobrimentos e membranas nanoporosas) na econo-
mia de energia, competitividade econômica, redução de rejeitos e
produtividade de indústrias químicas e correlatas. Os resultados in-
dicaram, por exemplo, que é possível uma economia de US$ 2,5 a
US$ 4 bilhões por ano pela diminuição nos custos da produção so-
mente pela substituição de catalisadores convencionais por nano-
catalisadores, além de uma economia energética de 200 a 400 trilhões
de BTU/ano na produção. Estes números aumentariam, em 3 anos,
algo em torno de US$ 10 a 15 bilhões na participação da indústria
química no PIB americano, possibilitando a geração de 150.000 a
240.000 novos postos de trabalho neste mesmo período de tempo22.
As considerações e os números demonstrados nos últimos pará-
grafos não deixam dúvidas quanto à importância e participação cres-
cente que os nanomateriais terão em nosso cotidiano. Trata-se de
uma jornada de mão única, onde a Química é, sem sombra de dúvi-
da, uma das principais condutoras.
A QUÍMICA DE (NANO)MATERIAIS NO BRASIL
A Sociedade Brasileira de Química (SBQ) teve um papel funda-
mental na consolidação da identidade de Química de Materiais no
Brasil, quando da criação da Divisão de Química de Materiais (DQM),
que apresentou a primeira sessão de trabalhos na Reunião Anual da
SBQ de 1993, agregando os trabalhos de Química de Materiais que
tradicionalmente se encontravam dispersos em várias outras Divi-
sões. A criação da DQM atendeu aos anseios de químicos que desen-
volviam seus trabalhos na área de materiais, criando um foro adequa-
do para discussão conjunta das diversas peculiaridades da área, e
rumando na direção dos ventos mundiais, que já estavam consideran-
do a área de Química de Materiais como uma subárea relevante da
Química. Atualmente a DQM corresponde a uma das maiores divi-
sões da SBQ, seja em número de filiados, seja em número de traba-
lhos apresentados nas Reuniões Anuais da SBQ (RASBQ).
Em 1998, foi traçado um perfil inicial da DQM, baseado em
dados levantados dos trabalhos apresentados nas suas primeiras
reuniões, buscando-se identificar membros e áreas de atuação, além
de possibilitar uma avaliação global da divisão23. Em 2002, quando
do aniversário de 25 anos da SBQ, um novo levantamento foi reali-
zado, onde a evolução de aspectos como número de trabalhos, te-
mas de pesquisa, distribuição regional, autoria dos trabalhos e co-
laborações interinstitucionais foram avaliados, baseados nas reuni-
ões da DQM de 1993 até 200224. Uma comparação entre os dados
apresentados nestes dois trabalhos (de 1998 e de 2002) surpreende
pela grande evolução qualitativa e quantitativa apresentada pela
DQM em apenas quatro anos. Estes dois trabalhos são fortemente
recomendados para aqueles que tem interesse em informações so-
bre a criação da DQM e sobre sua evolução, informações estas que
não serão consideradas neste texto. Visando um posicionamento em
2007, quando do 30o. aniversário da SBQ, serão apresentados al-
guns números extraídos da 30ª. RASBQ25, e, quando pertinente,
comparados com aqueles obtidos em 2002 e 1998.
Na 30ª. RASBQ, foram apresentados 191 trabalhos na DQM, o
que corresponde a 9,2% do total dos trabalhos apresentados. Este
número tem se apresentado aproximadamente constante (em torno
Química de (nano)materiais 1475Vol. 30, No. 6
de 10% do número total de trabalhos) desde 1999, o que coloca a
DQM entre as quatro maiores Divisões da SBQ, em número de tra-
balhos (comparando-se em 2007, temos como maiores participações:
15,6% para PN, 11,2% para QA, 11,2% para QI e 7,9% para QO). Os
trabalhos apresentados na DQM foram agrupados dentro de algumas
temáticas de pesquisa, arbitrariamente classificadas pelo autor deste
texto, e encontram-se listadas na Tabela 1. Para a montagem desta
Tabela não foram consideradas sobreposições de temas (por exem-
plo, trabalhos versando sobre nanocompósitos formados por polímeros
condutores foram contabilizados no tema “nanomateriais” em detri-
mento do tema “polímeros condutores”). Nota-se pela Tabela 1 a gran-
de abrangência de temas de pesquisa que vêm sendo desenvolvidos
no país, o que reflete o grau de maturidade e consolidação da área.
Nota-se também que o tema “nanomateriais” corresponde à maioria
dos trabalhos (22,5 % do total), em clara sintonia com a tendência
global discutida na seção anterior. Chama a atenção, na Tabela 1, o
número reduzido de trabalhos envolvendo modelagem e simulação.
Esta baixa interação entre teóricos e experimentais é um dos fatores
que requerem atenção, pois um bom trabalho de modelagem e simu-
lação contribui na interpretação de vários fenômenos e pode auxiliar
no planejamento de novos experimentos.
O elevado grau de ramificação da Química de Materiais pelas
áreas tradicionais da Química pode ser corroborado por uma sim-
ples análise dos dados apresentados na Tabela 2. Esta Tabela apre-
senta um levantamento de trabalhos tipicamente relacionados à
Química de Materiais que foram apresentados na 30ª RASBQ em
outras Divisões que não a DQM26. Nota-se que, com poucas exce-
ções (PN, MD, QB, HQ, BA), há disseminação de trabalhos de
Química de Materiais na maioria das divisões da SBQ, em propor-
ções bastante significativas em algumas delas. Foram identificados
311 trabalhos de Química de Materiais diluídos nas diferentes Di-
visões, que somados aos 191 apresentados na DQM totalizam 502
trabalhos, ou seja, 24,15% dos trabalhos apresentados na RA de
2007. Estes números, em conjunto com os vários trabalhos apresen-
tados por Químicos de Materiais em encontros científicos de outras
associações, como ABPOL, SBPMAT, CBCIMAT e SBF (matéria
condensada), possibilitam vislumbrar o tamanho desta área no país,
a ponto de a caracterizar como uma das mais dinâmicas dentro da
Química.
Uma das preocupações detectadas em 1998 foi a grande concen-
tração regional, particularmente no estado de São Paulo, dos grupos
de pesquisa atuantes na área23. Em 2002 percebeu-se uma melhora
na participação de outros estados25, embora com uma distribuição
ainda bastante desigual paraSão Paulo. Pelos dados da reunião de
2007, nota-se claramente uma diminuição nesta desigualdade e a maior
distribuição regional dos trabalhos em Química de Materiais. Foram
apresentados trabalhos por 42 instituições de 17 estados brasileiros,
assim distribuídos: São Paulo (USP, UNICAMP, UNESP, USP-RP,
USP-SC, UFSCar, PUC-Campinas, LNLS, USF, UNIFRAN, UFABC,
IPEN, Embrapa, UMC), Paraná (UFPR, UEM, UEL, UEPG,
UNIOESTE), Minas Gerais (UFMG, UFOP, CDTN, UNIFAL), Rio
de Janeiro (UFRJ, UFF, UERJ), Goiás (UFG, UEG), Pernambuco
(UFPE, UNICAP), Bahia (UFBA UNEB), Sergipe (UFS), Rio Gran-
de do Sul (UFRGS), Santa Catarina (UFSC), Paraíba (UFPB),
Tocantins (UFT), Ceará (UFC), Distrito Federal (UnB), Alagoas
(UFAL), Rio Grande do Norte (UFRN), Piauí (UFPI). Na opinião do
autor, esta distribuição regional mais homogênea é fruto de vários
fatores, dentre os quais: aumento da formação de doutores na área de
Química de Materiais, fruto da abertura de programas de pós-gradu-
ação com linhas de pesquisa nesta área, a partir do início da década
de 90. Estes doutores foram contratados em diferentes instituições
do país, nuclearam novos grupos de pesquisa atuantes na área e já
estão formando novos doutores, que começam a formar um novo ci-
clo, em efeito cascata; aumento nas políticas científicas de incentivo
para o desenvolvimento regional, que possibilitou a fixação de dou-
tores em instituições com atuação até então incipiente na área; au-
mento dos recursos disponíveis para C&T, principalmente no tocante
aos fundos setoriais, fundo de infra-estrutura, edital universal etc.,
que permitiram a criação de infra-estrutura (principalmente relacio-
nada a equipamentos de médio porte) compatível para o desenvolvi-
mento das atividades na área; o advento do portal de periódicos da
CAPES, que permitiu que toda instituição de ensino e pesquisa do
país tivesse acesso rápido e de qualidade à literatura científica mun-
dial, independente de sua localização regional e da existência prévia
de infra-estrutura de biblioteca; a criação das grandes redes inter-
institucionais de pesquisa, como os Institutos do Milênio e as redes
temáticas de nanotecnologia, que juntamente com programas especí-
ficos, como o PROCAD-CAPES, permitiram a mobilidade de pes-
quisadores e estudantes de pós-graduação entre diferentes institui-
ções e o compartilhamento de equipamentos de caracterização de
grande porte; uma migração de pesquisadores e grupos de pesquisa
que trabalhavam com outras temáticas para a área de (nano)materiais,
fruto da relevância científica e tecnológica da mesma, bem como do
aumento do aporte de recursos destinados a esta área.
Tabela 1. Temas relacionados aos trabalhos apresentados na Divisão de Química de Materiais durante a 30ª. Reunião Anual da SBQ26
Número de Percentual dos
Tema ocorrências trabalhos da DQM
Materiais para sensores 5 2,6
Materiais para células solares, LEDs, dispositivos eletroquímicos 16 8,4
Materiais adsorventes, porosos, para suporte 15 7,8
Materiais vítreos, fibras óticas, cristais fotônicos 12 6,3
Materiais para catálise 3 1,6
Polímeros – síntese, caracterização, aplicações 25 13,1
Polímeros condutores – síntese, caracterização, aplicações 10 5,2
Nanomateriais – síntese, caracterização, aplicações 43 22,5
Materiais Inorgânicos – Síntese e caracterização 35 18,3
Caracterização de materiais (espectroscópica, estrutural, eletroquímica) 8 4,2
Modificações estruturais de materiais, reações de intercalação e troca-iônica 5 2,6
Caracterização de superfícies/filmes finos 3 1,6
Materiais magnéticos 2 1,05
Medidas de propriedades 4 2,1
Biomateriais 3 1,6
Simulação/modelagem 2 1,05
Zarbin1476 Quim. Nova
Tabela 2. Trabalhos relacionados à Química de Materiais apresentados em diferentes divisões (exceto a DQM) durante a 30ª.
Reunião Anual da SBQ27
Divisão Temática Número de ocorrências
Ambiental Materiais para adsorventes de poluentes (orgânicos e metálicos) 17
Materiais catalisadores para descontaminação 20
ambiental – síntese, caracterização, performance
Materiais para separação de metais em efluentes 4
Total = 41 (24,4%)
Catálise Materiais para catalisadores sólidos: síntese, caracterização, 17
modificações estruturais
Materiais para suporte de catalisadores 16
Nanocatalisadores: síntese, caracterização, performance 4
Total = 37 (64,9%)
Educação Novos experimentos para graduação baseados em materiais 3
Proposta/abordagem sobre ensino de tópicos relacionados a materiais 2
Total = 5 (3%)
Eletroquímica Materiais para eletrodos, construção e caracterização de novos eletrodos 23
Materiais para suporte de substratos eletroativos 5
Materiais para aplicação em células a combustível 9
Materiais para sensores eletroquímicos 6
Caracterização eletroquímica de materiais 6
Síntese eletroquímica de materiais 6
Estudo de corrosão em materiais 6
Total = 61 (63,5%)
Físico-Química Polímeros – Síntese, caracterização, aplicações 6
Química de superfície e estudo de adsorção em materiais 9
Materiais para sensores e eletrodos 5
Materiais metálicos, ligas, estudo de corrosão em materiais 7
Outros 4
Total = 31 (41,9%)
Fotoquímica Utilização de materiais para fotocatalisadores 5
Outros 2
Total = 7 (20%)
Química Analítica Aplicação de planejamento fatorial e análise multivariada na síntese de materiais 2
Novos materiais para sensores 2
Análise de/em materiais 5
Materiais para cromatografia (fase estacionária) 4
Novos materiais para eletrodos 1
Materiais adsorventes/trocadores iônicos para utilização em Q.A. e extração 5
Total = 19 (8,2 %)
Química Coloidal Preparação/modificação de materiais 3
Nanomateriais – síntese, caracterização, aplicações 4
Reações, modificações e caracterizações de superfícies de materiais 4
Adsorção em materiais 9
Filmes finos 1
Total = 21 (60%)
Química Inorgânica Reações de modificações em materiais hospedeiros 7
(intercalação, incorporação, troca-iônica)
Materiais inorgânicos catalisadores heterogêneos 3
Síntese de materiais 18
Nanomateriais – síntese, caracterização, aplicações 12
Reações em superfície de materiais, adsorção e imobilização em materiais 13
Outros 6
Total = 59 (25,3%)
Química Orgânica Síntese de materiais orgânicos e precursores 4
Cristais líquidos 3
Materiais para suporte e catalisadores 2
Total = 9 (5,4%)
Química Tecnológica Degradação de materiais 4
Adsorção em materiais 7
Polímeros 3
Cerâmicas 1
Outros 3
Total = 18 (25%)
Química Teórica Modelamento/cálculos em materiais 3
Total = 3 (6,4%)
Química de (nano)materiais 1477Vol. 30, No. 6
A relevância da Química de Materiais no país também pode
ser mensurada através de um levantamento sobre os artigos publi-
cados nos dois principais periódicos científicos brasileiros, a Quí-
mica Nova e o Journal of the Brazilian Chemical Society (JBCS),
ambos editados pela SBQ. Nos últimos dois anos foram publica-
dos, em Química Nova, 53 artigos relacionados à Química de Ma-
teriais (12,8% do total), sendo 29 no ano de 200527 e 24 no ano de
200628. No mesmo período, o JBCS publicou um total de 57 arti-
gos (12,2% do total), sendo 27 em 200529 e 30 em 200630.
Em todos os aspectos analisados, a Química de Materiais no
Brasil vem apresentando uma evolução qualitativa e quantitativa. A
DQM da SBQ, desde a sua criação, vem constantemente estimu-
lando a disseminação dos conceitos, a interação e colaboração entre
pesquisadores e a criação de fóruns de debates das grandes ques-
tões pertinentes à área, não só através das sessões coordenadas e
sessões de painéis das RA’s, como também pela realização de mini-
cursos, workshops e palestras variadas. A SBQ, através de sua Di-
visão de Química de Materiais, é um dos grandes vetores responsá-
veis pelo sucesso desta área no país.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
A área de Química de (Nano)Materiais é bastante dinâmica,
encontra-se em fase de crescimento e, portanto, está longe da estag-
nação. No Brasil, é possível encontrargrupos trabalhando em Quí-
mica de Materiais em praticamente todos os Departamentos e Insti-
tutos de Química do país, com excelente nível científico, em
temáticas variadas e originais, vinculados a diversos programas de
pós-graduação e com produção cientifica elevada, crescente e com
alta inserção internacional. A despeito desta realidade, alguns de-
safios ainda precisam ser encarados: i) a comunidade acadêmica
ainda se encontra muito distante do setor produtivo, embora um
grande avanço tenha sido detectado nesta direção nos últimos anos.
Esta interação, absolutamente íntima em países da Europa, no Ja-
pão e nos EUA, é crucial para o crescimento econômico do país, e
tem a Química de Materiais como importante elo de ligação; ii)
com o crescimento fantástico da Química de Materiais e da
Nanoquímica, e o número cada vez mais crescente de empregos
disponíveis para profissionais com esta formação, são necessários
ajustes nos currículos dos cursos de Graduação e Pós-graduação em
Química e áreas afins, de modo a introduzir conceitos e habilidades
compatíveis com o que se espera destes profissionais; iii) como
mencionado anteriormente, uma das peculiaridades da área de Quí-
mica de Materiais é a sua relação íntima com equipamentos de médio
e grande porte, necessários para a caracterização dos materiais. Não
se imagina possível que cada instituição no país possua em suas
instalações todos os grandes equipamentos. É fundamental que os
profissionais aprendam a trabalhar em parceria, através do
compartilhamento de infra-estrutura e da disseminação de labora-
tórios multi-usuários, evitando a concentração de máquinas e equi-
pamentos em poucos centros; iv) o estudo de impactos ambientais,
de segurança de trabalho e de disposição de rejeitos, principalmen-
te relacionados aos nanomateriais, ainda é bastante incipiente, e
precisa ser incentivado; v) a Química de Materiais é uma sub-área
da Química, e como tal deve ser considerada. É a Química que a
diferencia das outras ciências de materiais e que a torna tão especi-
al e fascinante. Como já mencionado, a Química de Materiais en-
volve uma formação específica alicerçada em conhecimentos de fí-
sico-química, ligações químicas, reatividade, estado-sólido,
espectroscopia etc. Todo este arcabouço de conhecimento deve ser
utilizado em sua plenitude no desenvolvimento das atividades e na
solução dos problemas inerentes à área. A ausência de uma forma-
ção específica, consistente e aprofundada nos aspectos básicos da
Química que dão suporte à Química de Materiais pode levar ao
aparecimento de aventureiros e de trabalhos inócuos, cuja comuni-
dade deve saber detectar.
Na edição de 3 de abril de 2000, a revista Chemical and
Engineering News anunciava: procuram-se químicos criativos para
desenvolverem novos materiais31. O anúncio precedia uma reporta-
gem, na seção de empregos da revista, que abordava uma das áreas
com maiores oportunidades de trabalho para profissionais da área
de Química. Segundo a reportagem (que apresentava o seguinte texto
como subtítulo: Química de Materiais, especialmente em escala
nanométrica, é uma área em crescimento em grandes e pequenas
empresas), indústrias das mais variadas, desde gigantes como Dow
Chemical, Dupont ou IBM, até pequenas empresas encubadas ou
iniciantes, estão abrindo cada vez mais vagas para químicos traba-
lharem na área de materiais. Ainda de acordo com esta reportagem,
o enfoque das indústrias baseia-se na realidade inconteste de que
estamos sempre à procura de novos materiais, seja para melhorar
produtos existentes, seja para fazer produtos que só existem na
imaginação – ou ainda não foram sequer imaginados. Químicos de
Materiais estão intimamente envolvidos nestas questões. De fato, a
Química de Materiais corresponde a um dos caminhos possíveis
para se resolver alguns dos grandes problemas do século XXI, como
a questão energética (através do desenvolvimento de novos materi-
ais para dispositivos fotovoltaicos e células solares, materiais para
eletrodos, catalisadores e eletrólitos em baterias, células a combus-
tível e supercapacitores, materiais para LEDs, materiais para gera-
ção e armazenamento de hidrogênio, entre outros) e a questão
ambiental (materiais para descontaminação de corpos aquáticos e
solos, materiais para dispositivos que zerem ou reduzam significa-
tivamente a emissão de CO2, materiais preparados a partir de rejeitos
etc.), dentre outras. Além disso, é uma das áreas da Química mais
intimamente ligada ao conforto e bem estar dos cidadãos, no senti-
do de que estes estão, mesmo sem se darem conta, em uma busca
incessante por novos materiais, visando (de acordo com a reporta-
gem citada) melhorar os já existentes (garrafas plásticas descartáveis
substituindo as retornáveis de vidro como embalagem para refrige-
rantes, CD’s substituindo os LP’s que substituíram as fitas K7 para
gravação, compósitos poliméricos substituindo metais em automó-
veis), criar produtos que existiam somente na imaginação (compu-
tadores portáteis, “pen-drives”, DVDs, câmeras digitais, células
solares, plásticos leves e altamente resistentes, janelas inteligen-
tes, as mais variadas próteses humanas, vidros auto-limpantes, TVs
de plasma, motores especiais, turbinas de avião, novos pigmentos,
materiais mais leves e resistentes para construção civil, adesivos
poderosos, entre milhares de outros exemplos), ou ainda criar pro-
dutos que nos dias de hoje não são sequer imaginados. Não temos
todos os materiais que necessitamos e podemos melhorar (e muito)
os que já possuímos. A Química de (Nano)Materiais está fazendo a
sua parte.
AGRADECIMENTOS
À SBQ e aos editores deste suplemento especial de QN pelo
convite, ao CNPq pela bolsa de pesquisador, ao CNPq (edital uni-
versal), CAPES (Procad), CT-ENERG/CNPq e Rede Nacional de
Pesquisa em Nanotubos de Carbono pelo auxílio financeiro, e à
Dra. M. M. Oliveira pela leitura crítica e sugestões.
REFERÊNCIAS E NOTAS
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Zarbin1478 Quim. Nova
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www.chemicalvision2020.org, acessada em Agosto 2007.
23. Alves, O. L.; Quim. Nova 1998, 21, 807.
24. Rubira, A. F.; Zarbin, A. J. G.; Galembeck, F.; Alves, O. L.; Jafelicci Jr,
M.; Quim. Nova 2002, 25 (supl. 1), 75.
25. Todos os dados referentes à 30ª. RASBQ foram coletados diretamente pelo
autor, a partir do livro de resumos e do CD contendo os resumos expandidos
deste encontro.
26. Para a confecção desta tabela foram analisados todos os trabalhos
apresentados na 30ª RA. Foram considerados trabalhos relacionados à
Química de Materiais aqueles que, na visão do autor, têm a sistemática
característica da área, de acordo com os critérios discutidos neste texto.
Outro critério utilizado foi considerar que o trabalho poderia naturalmente
ser apresentado na DQM, dentro do escopo da Divisão. Trabalhos que
poderiam criar controvérsia não foram considerados (por exemplo, apesar
de um fármaco ser considerado um material, trabalhos descrevendo diferentes
aspectos relacionados aos fármacos não foram considerados, por se entender
que estes trabalhos têm sistemáticas diferentes, identificadas com as divisões
de QO, PN, MD etc.). Esta tabela expressa a visão do autor e, logicamente,
está sujeita a discordâncias. Como tal, tem a pretensão única e exclusiva de
ilustrar a penetração da Química de Materiais nas diferentes subáreas da
Química, baseado em dados da Química brasileira, que tem na RASBQ seu
maior espelho.
27. Pergher, S. B. C.; Oliveira, L. C. A.; Smaniotto, A.; Petkowicz, D. I.; Quim.
Nova 2005, 28, 751; Pergher, S. B. C.; Sprung, R.; Quim. Nova 2005, 28,
777; Bertolini, M. J.; Zaghete, M. A.; Gimenes, R.; Paiva-Santos, C. D.;
Palma-Dibb, R. G.; Quim. Nova 2005, 28, 813; Basilio, M. S. V.; Friese,
K.; de Lena, J. C.; Nalini, H. A.; Roeser, H. M. P.; Quim. Nova 2005, 28,
822; Gouveia, P. S.; Escote, M. T.; Longo, E.; Leite, E. R.; Carreno, N. L.
V.; Fonseca, F. C.; Jardim, R. D.; Quim. Nova 2005, 28, 842; Pinheiro, S.
C. L.; Raimundo, I. M.; Quim. Nova 2005, 28, 932; Santos, R. K. S.; Batista,
M. S.; Assaf, E. M.; Assaf, J. M.; Quim. Nova 2005, 28, 587; Cardoso, W.
D.; Gushiken, Y.; Quim. Nova 2005, 28, 723; Cônsul, J. M. D.; Baibich, I.
M.; Benvenutti, E.; Thiele, D.; Quim. Nova 2005, 28, 393; Pergher, S. B.
C.; Caovilla, M.; Detoni, C.; Machado, N. R. C. F.; Quim. Nova 2005, 28,
397; Chui, Q. S. H.; Iamashita, C. O.; Bispo, J. M. D.; Quim. Nova 2005,
28, 497; Ferreira, M.; Caetano, W.; Itri, R.; Tabak, M.; Oliveira, O. N.;
Quim. Nova 2005, 28, 502; Prado, A. G. S.; Faria, E. A.; Padilha, P. M.;
Quim. Nova 2005, 28, 544; Soares, L. E. S.; Rocha, R.; Martin, A. A.;
Pinheiro, A. L. B.; Zampieri, M.; Quim. Nova 2005, 28, 229; Coelho, F.
D.; Couceiro, P. R. D.; Lopes, A. L.; Fabris, J. D.; Quim. Nova 2005, 28,
233; Nssar, E. J.; Ávila, L. R.; Pereira, P. F. S.; de Lima, O. J.; Rocha, L.
A.; Mello, C.; Ciuffi, K. J.; Carlos, L. D.; Quim. Nova 2005, 28, 238;
Tagliaferro, G. V.; da Silva, M. L. C. P.; da Silva, G. L. J. P.; Quim. Nova
2005, 28, 250; Cassu, S. N.; Felisberti, M. I.; Quim. Nova 2005, 28, 255;
Jose, N. M.; Prado, L. A. S. D.; Quim. Nova 2005, 28, 281; Millen, R. P.;
de Faria, D. L.; Temperini, M. L. A.; Quim. Nova 2005, 28, 289; de Barros,
R. D. M.; Ribeiro, M. C.; An-Sumodjo, P. T.; Juliao, M. S. D.; Serrano, S.
H. P.; Ferreira, N. G.; Quim. Nova 2005, 28, 317; da Silva, F. D.; Couceiro,
P. G. D.; Fabris, J. D.; Goulart, A. T.; Ker, J. C.; Quim. Nova 2005, 28, 5;
de Lazaro, R. C.; Longo, E.; Beltran, A.; Sambrano, J. R.; Quim. Nova 2005,
28, 10; Wypych, F.; Arizaga, G. G. C.; Quim. Nova 2005, 28, 24; Oliveira,
A. C.; Rangel, M. D.; Fierro, J. L. G.; Reyes, P.; Oportus, M.; Quim. Nova
2005, 28, 37; de Souza, A. O.; Rangel, M. D.; Alves, O. L.; Quim. Nova
2005, 28, 46; Spinacé, M. A. D.; De Paoli, M.-A.; Quim. Nova 2005, 28,
65; Vieira, R.; Netto, D. B.; Bernhardt, P.; Ledoux, M. J.; Pham-Huu, C.;
Quim. Nova 2005, 28, 42; Oliveira, A. R. M.; Zarbin, A. J. G.; Quim. Nova
2005, 28, 141.
28. Della, V. P.; Hotza, D.; Junkes, J. A.; de Oliveira, W.; Quim. Nova 2006,
29, 1175; Bizeto, M. A.; Christino, F. P., Tavares, M. F. M; Constantino, V.
R. L.; Quim. Nova 2006, 29, 1215; Barreto, W. J., Barreto, S. R. G.;
Moreira, I.; Kawano, Y.; Quim. Nova 2006, 29, 1255; Piovesan, E.; Hidalgo,
A. A.; Marletta, A.; Veja, M. L.; Ruggiero, R.; Quim. Nova 2006, 29, 916;
Beck, R. C. R.; Haas, S. E.; Guterres, S. S.; Re, M. I.; Benvenutti, E. V.;
Pohlmann, A. R.; Quim. Nova 2006, 29, 990; Queiroz, S. C. N.; Melo, L.
F. C.; Jardim, I. C. S. F.; Quim. Nova 2006, 29, 637; Fechine, G. J. M.;
dos Santos, J. A. B; Rabello, M. S.; Quim. Nova 2006, 29, 674; Paschoalino,
M. P.; Alfaya, A. A. S.; Yabe, M. J. S.; Gimenez, S. M. N.; Quim. Nova
2006, 29, 699; Fungaro, D. A.; Izidoro, J. D.; Quim. Nova 2006, 29, 735;
Sant’Ana, A. C.; Corio, P.; Temperini, M. L. A.; Quim. Nova 2006, 29, 805;
Franchetti, S. M.; Marconato, J.C.; Quim. Nova 2006, 29, 811; Mulinari,
D. R.; da Silva, G. L. J. P; da Silva, M. L. C. P.; Quim. Nova 2006, 29,
496; Previdello, B. A. F.; de Carvalho, F. R.; Tessaro, A. L., de Souza, V.
R.; Hioka, N.; Quim. Nova 2006, 29, 600; de Santana, H.; Zaia, D. A. M.,
Corio, P.; El Haber, F.; Louarn, G.; Quim. Nova 2006, 29, 194; Souza, E.
C.; Ticianelli, E. A.; Quim. Nova 2006, 29, 216; Scotti, R.; Lima, E. C.;
Benvenutti, E. V.; Piatnicki, C. M. S.; Dias, S. L. P.; Gushikem, Y.; Kubota,
L. T.; Quim. Nova 2006, 29, 208; Martins, L.; Pablo, R.; Pequin, S.;
Urquieta-Gonzalez, E. A.; Quim. Nova 2006, 29, 223; Lima, A. J. B.;
Cardoso, M. D. G.; Guerreiro, M. C.; Pimentel, F. A.; Quim. Nova 2006,
29, 247; dos Santos, V. C.; Kondo, M. M.; Quim. Nova 2006, 29, 251; de
Oliveira, H. P. M.; Cossiello, R. F.; Atvars, T. D. Z.; Akcelrud, L.; Quim.
Nova 2006, 29, 277; Martins, L.; Cardoso, D.; Quim. Nova 2006, 29, 358;
Andrade, A. L.; Domingues, R. Z.; Quim. Nova 2006, 29, 100; Saron, C.,
Felisberti, M. I.; Quim. Nova 2006, 29, 124; Azevedo, A. F.; Ferreira, N.
G.; Quim. Nova 2006, 29, 129.
29. Queiroz, C. A. D.; Pedreira, W .R.; Abrão, A.; da Rocha, S. M. R.; de
Vasconcellos, M. E.; Seneda, J. A.; Forbicini, C. A. L. G. D.; Boaventura,
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